华人在金属玻璃领域的重要贡献

2022年是国际玻璃年。金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。快速发展的金属玻璃材料已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有着广泛的应用。在这个新型玻璃领域中，华人科学家作出了卓越的贡献。文章回顾 了近百年来金属玻璃研究和研发历程中华人科学家的重要贡献，并对未来中国在金属玻璃领域的发展和贡献进行展望。     

退火与“机械退火”对金属玻璃结构和力学性能的影响

金属玻璃是一种新型亚稳态金属材料,具有一系列优良的物理、化学和力学性能。然而在高温或室温长期使用条件下,金属玻璃易于转变为更稳定、更低能量状态的晶体材料,已成为限制其广泛应用的瓶颈之一。研究金属玻璃的退火对其结构、力学性能的影响具有重要的意义。文章综述了常规退火与"机械退火"对大块金属玻璃的结构和力学性能的影响。研究发现:在玻璃化转变温度以下退火时,密度、剪切波速度、纵波速度和弹性模量随退火时间的增加而增加,这是由于在结构上不同程度的原子重排所致;大块金属玻璃在低于屈服强度的恒定应力下"机械退火"密度增加;卸载载荷室温下时效处理超过30天后,屈服强度和断裂强度均降低,并且在塑性阶段锯齿状塑性流动的幅度增加。这个结果可能对于深入理解大块金属玻璃的结构和塑性变形具有一定的指导作用。     

Fe_(80)B_(20)金属玻璃价电子结构分析

金属玻璃因其优异的性能而引起人们的极大兴趣。以Fe_(80)B_(20)金属玻璃为例,它不仅具有良好的机械性能(σ_F～3630MPa),而且又是一种近乎各向同性的优异软磁材料。本文首次将余瑞璜提出的“固体与分子经验电子理论”应用于金属玻璃,并对Fe_(80)B_(20)金属玻璃的价电子结构进行分析。     

块体金属玻璃过冷液相的高热稳定性与非晶形成能力的原子机制

过去几十年里,从原子尺度理解块体金属玻璃形成过冷液相特性与微结构的关系吸引了材料学家和凝聚态物理学家极大的关注,是此类先进工程金属材料得到实际开发应用的关键之所在。本文综述了前期有关块体金属玻璃有序原子团簇结构随热处理或微量元素添加,演化及其对过冷液相热稳定性、晶化行为和玻璃形成能力影响的研究成果;并聚焦在块体金属玻璃过冷液相中的两类不同原子团簇,即类二十面体原子团簇和类晶体原子团簇。这两类原子团簇的共同存在是块体金属玻璃高热稳定性和纳米晶化的重要因素。通过微合金可以调控过冷金属液相中原子团簇的结构和体积分数,从而进一步推进它们的实际工程或功能性运用。     

金属玻璃的过去、现在和未来

金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序的金属材料。它是通过急冷、高压、强变形、先进制造等现代技术工艺以及熵或序调控理念合成的，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。金属玻璃突破了金属材料原子结构有序的固有概念，颠覆了传统金属材料从成分和缺陷出发设计和制备的思路，把金属材料的强度、韧性、弹性、抗腐蚀、抗辐照等性能指标提升到前所未有的高度。它对金属材料的研发、结构材料、绿色节能、磁性材料、催化、信息等领域产生深刻的影响，同时催生了准晶、高熵合金、复杂合金、高熵金属玻璃、非晶基复合材料等新金属材料体系，彻底改变了古老金属和玻璃领域的面貌。金属玻璃的发明和研究虽然只有不到百年历史，但已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有广泛的应用，也为研究材料科学、凝聚态物理、复杂体系中一些重要科学问题提供了独特的模型体系，并成为凝聚态物理的一个重要分支学科。文章回顾了近百年来金属玻璃研究和研发的历程，分析了当前该领域的前沿科学问题、发展方向、重要进展、机遇和挑战，以及在高新技术领域的应用，并探讨了金属玻璃及其相关领域如地外玻璃的发展前景。     

金属玻璃的过去、现在和未来

金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序的金属材料。它是通过急冷、高压、强变形、先进制造等现代技术工艺以及熵或序调控理念合成的，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。金属玻璃突破了金属材料原子结构有序的固有概念，颠覆了传统金属材料从成分和缺陷出发设计和制备的思路，把金属材料的强度、韧性、弹性、抗腐蚀、抗辐照等性能指标提升到前所未有的高度。它对金属材料的研发、结构材料、绿色节能、磁性材料、催化、信息等领域产生深刻的影响，同时催生了准晶、高熵合金、复杂合金、高熵金属玻璃、非晶基复合材料等新金属材料体系，彻底改变了古老金属和玻璃领域的面貌。金属玻璃的发明和研究虽然只有不到百年历史，但已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有广泛的应用，也为研究材料科学、凝聚态物理、复杂体系中一些重要科学问题提供了独特的模型体系，并成为凝聚态物理的一个重要分支学科。文章回顾了近百年来金属玻璃研究和研发的历程，分析了当前该领域的前沿科学问题、发展方向、重要进展、机遇和挑战，以及在高新技术领域的应用，并探讨了金属玻璃及其相关领域如地外玻璃的发展前景。     

中国科学家在大块非晶材料领域的新进展

块体金属玻璃是通过现代冶金的方法, 抑制合金熔体的形核和长大, 保持液态的长程无序结构, 从而获得具有与玻璃类似结构的合金材料(称之为非晶化或玻璃化). 因而, 块体金属玻璃是兼有液体和固体、金属和玻璃特征的金属合金材料. 它具有许多独特、优异的物理、化学性能. 研究发现, 几乎所有的物质都可以被玻璃化, 但使金属合金玻璃化是最困难的, 因为金属合金的形核和长大过程非常快, 很难控制[1,2]. 因此, 虽然玻璃材料的制备和发展历史已有几千年, 但金属玻璃的历史只有几十年. 而且由于金属玻璃具有非同寻常的力学、物理和化学性能, 自它诞生以来就受到人们的广泛重视. 短短的几十年间, 金属玻璃已经在很多领域得到广泛应用. 同时, 金属玻璃材料的出现拓展了凝聚态物理的研究内容和视野, 金属玻璃为研究很多凝聚态物理问题提供了模型材料, 玻璃物理或非晶态物理已成为材料和凝聚态物理领域的前沿课题之一.     

Fe_(36.5)Cr_(8.5)Ni_(30)P_(16)B_4Mo_5金属玻璃晶化相变和原子迁移的研究

一、引言研究金属玻璃晶化过程是探索金属玻璃微观结构和电学、磁学、力学性能关系的一个重要方面。只有这样,才能加深对金属玻璃的稳定性规律的了解,以便对材料更有效的掌握和应用。近期来,对铁镍基金属玻璃的晶化研究已有不少报道。但对六元系统的铁镍金属玻璃     

金属玻璃异常放热现象与隐藏非晶相变研究进展

金属玻璃因其简单的金属键结合及原子密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。解开玻璃形成液体的微观结构可以探寻玻璃形成能力的秘诀。许多非晶合金体系在玻璃转变点以上、结晶温度以下表现出异常放热现象,暗示在超过冷液相区间隐藏着非晶相变,这一现象的微观结构本质困扰了学界逾四十年。近来,中子和同步辐射散射等大科学装置的发展为揭示隐藏非晶相变的机制提供了原位、无损以及从原子到纳米级别的多尺度"探针"。最新研究发现Pd-Ni-P这一典型的具有异常放热现象的原型非晶合金在临界转变温度处发生了重入超过冷液体转变,其内在微观机制为中程有序结构的演变所导致的液-液相变。同时通过恰当的热处理,人们可以方便地调控这一类非晶合金的微观结构。经过统计几种具有异常放热现象的典型金属玻璃体系的热物理参数,发现异常放热峰可能与玻璃形成能力有一定的关联。金属玻璃中的异常放热现象及其隐藏的非晶相变为开发新型非晶合金体系并改进合金的性能提供了新的思路。     

新型玻璃的现状和将来

前言高技术发展不仅要求制造方法先进,而且要求与其配套的设备高性能化,但作为最基本重要的还是具有卓越功能的尖端材料。假如把尖端材料应具有的功能进行分类的话,可分为光、电磁、热、机械、化学、生物等各种功能领域,而对新型玻璃来说是具有各种功能的优越材料,并深信今后将有更加优越的新型玻璃问世。新型玻璃可定义为对各领域高技术材料有用的高功能、高性能化的玻璃。为了认识和掌握新型玻璃技术,不仅要熟悉了解玻璃状态,而且也要熟悉了解非结晶(无定形)状态物质以及经过这些状态采用结晶化制造的功能性结晶化玻璃。然而像这些物质,非结晶质半导体、金属玻璃、无定形的碳、有机高分子等物质,由于分别属于大的材料领域内使用,这里不采用。因此在化学组成上局限于氧化物、卤化物、硫族(硫、硒、碲     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现，非晶中存在着不同尺度的局域有序结构，其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系，同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构，导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析，发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元，其在铸态为长程无序堆积，而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型，并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列，为解析非晶态的结构本质提供新的思路。     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现,非晶中存在着不同尺度的局域有序结构,其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系,同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构,导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析,发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元,其在铸态为长程无序堆积,而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型,并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列,为解析非晶态的结构本质提供新的思路。     

Phase selection rules for complex multi-component alloys with equiatomic or close-to-equiatomic compositions

Abstract Alloying greatly expands the amount of available materials beyond the naturally existing ones, and more importantly offers the material scientists opportunities to initiatively control the composition-structure-property relationship in materials. Since commonly used metallic materials are mostly multi-component alloys, the know-how of alloying through compositional control, certainly plays a critical role in designing materials with desired structure and properties. However, alloying in multi-component alloys is an extremely complicated issue, as the alloyed products could be the amorphous phase, various solid solutions and intermetallic compounds containing two or more alloy components. By narrowing down the scope of the multi-component alloys to those with equiatomic or close-to-equiatomic compositions only, and also aiming at framing out the rules that govern the phase selection upon alloying in multi-component alloys in a broad sense, we have identified here a simple and easily executable two-parameter scheme that can effectively predict the formation of the amorphous phase, solid solutions and intermetallic compounds, in multi-component alloys, simply from the given alloy compositions. We believe this scheme reveals a clear physical scenario governing the phase selection in multi-component alloys, helps to simplify the alloy design, and benefits the future development of advanced metallic alloys like bulk metallic glasses and high entropy alloys.     

有机自旋阀研究进展*

巨磁阻效应的发现为人类开辟了一个新领域--自旋电子学,它涉及物理、材料、化学以及电子工程学等多个学科,必将成为21世纪基础研究的主角之一。有机自旋阀作为自旋电子学中的一个重要分支,相对于传统无机自旋阀有着不可比拟的优势。作者简要分析了有机自旋阀的研究背景以及近十年来的研究进展,并提出当前面临的问题和对未来的展望。